Химики РУДН создали многоразовый катализатор-переключатель для синтеза двух разных соединений

Серные аналоги простых эфиров называются сульфиды. При их окислении к атому серы присоединятся один или два атома кислорода. Получается сульфоксиды или сульфоны. Сульфоны используют, например, как красители тканей и бумаги, а ряд сульфоксидов входят в состав противоязвенных препаратов. Одна из основных проблем при окислении сульфидов — присоединить к сере нужное количество атомов кислорода, то есть, например, не перекислить сульфид двумя атомами вместо одного и не получить сульфон вместо сульфоксида. Химики РУДН создали универсальный катализатор — он подходит для синтеза и сульфонов, и сульфоксидов и «переключается» с одного режима на другой при изменении температуры. К тому же он позволяет провести реакцию в экологичных условиях, и его можно использовать повторно.

«Одна из основных проблем при селективном окислении сульфидов до сульфоксидов — чрезмерное окисление до сульфонов. Сильные окислители легко окисляют сульфиды до сульфонов, но это может произойти и с более мягкими реагентами. Мы показали возможность применять переключаемый катализатор для окисления сульфидов до сульфоксидов или сульфонов в зависимости от температуры реакции. Анализ условий реакции показал, что катализатор лучше всего работает в водной среде, что вместе с использованием кислорода как окислителя и возможностью вторичного использования создает одни из наиболее экологически чистых условий такого окисления», — профессор Леонид Воскресенский, декан факультета физико-математических и естественных наук РУДН.

Химики предложили катализатор, который состоит из наноматериала на основе пористого кремнийорганического каркаса и ионной жидкости оксида вольфрама. Чтобы доказать его каталитическое действие, химики РУДН добавляли его в раствор одного из сульфидов и перемешивали смесь при температуре 25℃ или 50℃ и с подачей кислорода. После реакции нанокатализатор отфильтровывали и промывали в этилацетате. Химики оптимизировали реакцию, «подобрав» растворитель, время реакции и количество катализатора, которые дают максимальный выход итогового продукта.

Эффективнее всего реакция шла при самых «простых» условиях — 10 мг катализатора, водный раствор, два часа реакции. При таких условиях удалось добиться 98% выхода продукта. При комнатной температуре получались сульфоксиды (выход 92%—99% в зависимости от исходного сульфида), при повышении температуры до 50℃ — сульфоны (90%—97%). Через восемь циклов использования и промывания эффективность катализатора практически не снизилась.

«Мы доказали эффективность этого многоразового нанокатализатора для селективного аэробного окисления сульфидов до сульфоксидов или сульфонов в зависимости от температуры. Кроме того, катализатор, который легко отделяется от реакционной смеси, можно многократно использовать без значительного снижения его производительности. Простота приготовления катализатора и его широкая область применения как для сульфоксидов, так и для сульфонов в мягких условиях делают его пригодным для практического применения», — Рафаэль Луке, профессор центра молекулярного дизайна и синтеза инновационных соединений для медицины РУДН.

Результаты опубликованы в журнале Molecular Catalysis.